任天令课题组ACS Nano：钙钛矿光电探测领域取得重要进展

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微纳电子系任天令教授团队在《美国化学学会·纳米》（ACS Nano）上发表了一篇题为“硅晶圆集成的单晶钙钛矿超快光电探测器”（Ultrafast Photodetector by Integrating Perovskite Directly on Silicon Wafer）的研究论文。该工作实现了单晶钙钛矿在半导体硅晶圆上的直接集成，并在此基础上研制出了超快的光电探测器。此项工作对构建基于钙钛矿的新一代高速集成光电子器件具有重大意义。
       有机-无机杂化钙钛矿作为一种新型的半导体光电材料，具有较长的载流子扩散长度、较高的载流子迁移率以及优异的光电转化效率，在光电探测、能源器件等领域具有广阔的应用前景。然而受限于钙钛矿固有的光学带隙和材料结构，使得钙钛矿在硅基集成、宽光谱检测以及高速探测方面仍面临着很大的挑战。

任天令

       在该论文研究中，团队充分结合了单晶硅和钙钛矿材料各自的优势，采用优化的反溶剂方法实现在硅晶圆衬底上单晶CH3NH3PbBr3钙钛矿的直接生长，显著改善了两种材料异质结之间的界面特性。使用该钙钛矿/硅晶圆异质结研制出的光电探测器不仅将传统钙钛矿器件的可探测波长范围（<800 nm）拓宽到近红外区域（1064 nm），而且该探测器具有较好的成像功能。相比于目前商用的锗基光电探测器，该探测器展现了更快的响应时间（520 ns）。本工作有望进一步实现单晶钙钛矿在多晶硅薄膜晶体管（TFT）背板上的直接生长集成，以制备更加稳定高效的光电探测器，从而推动集成钙钛矿基光电子技术的发展。
       近年来，该团队在新型微纳电子器件的基础研究和实用化应用的探索方面实现了一系列重大突破和多项创新成果。例如：钙钛矿光突触器件、集成钙钛矿的高速光电探测器件以及钙钛矿X射线探测器件、柔性石墨烯收发声器件、新型石墨烯阻变存储器、光谱可调的石墨烯发光器件、石墨烯仿生突触器件、可调石墨烯应力传感器、仿生石墨烯压力传感器以及极低功耗石墨烯钙钛矿阻变存储器等。相关成果多次发表于《自然通讯》（Nature Communications)、《先进材料》(Advanced Materials)、《纳米快报》(Nano Letters)、《美国化学学会纳米》(ACS Nano)、微电子领域的顶级期刊《电子器件快报》(IEEE Electron Device Letters）和会议国际电子器件大会(IEDM)等。
       清华大学微电子所博士生耿祥顺、硕士生王方伟等为文章共同第一作者，清华大学微纳电子系任天令教授等为论文共同通讯作者，该研究成果得到了国家自然基金重点项目和科技部项目的支持。
       论文链接:
        https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.9b06345
        文章来源：清华大学


       任天令教授，清华大学信息科学技术学院副院长，教育部长江学者特聘教授，国家杰出青年基金获得者，清华大学环境与健康传感技术研究中心副主任。1971年出生于山东省济南市，1997年博士毕业于清华大学现代应用物理系，2003年起担任清华大学微电子所教授，2011年至2012年为美国斯坦福大学（Stanford University）大学电子工程系访问教授。近年来，承担国家自然科学重点基金、国家重大科技专项、国家公益性行业科研专项、国家重大仪器专项、国家863计划、国家973计划等多项国家重要科技项目，做出一系列具有重要国际影响的创新学术成果。主要研究方向为智能微纳电子器件、芯片与系统，包括：智能传感器与智能集成系统，二维纳电子器件与芯片，柔性、可穿戴器件与系统，智能信息器件与系统技术等。在国内外重要学术期刊和会议发表论文600余篇，包括Nature Communications、Energy & Environmental Science、Advanced Materials、ACS Nano、Nano Letters、Biosensors & Bioelectronics、Nanoscale、Carbon、IEEEElectron Device Letters、IEEE Journal of Solid-State Circuits、IEEE Transactions on Electron Devices、IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques、IEEE Microwave and Wireless Components Letters、IEEE Sensors Journal、Applied Physics Letters等重要SCI期刊论文400余篇，国际微电子领域顶级学术会议IEDM论文11篇；获国内外发明专利70余项。